Cómo seleccionar la enfriadora de agua industrial adecuada

Una de las razones más convincentes para la instalación de una enfriadora de agua es la reducción del tiempo de parada gracias a la protección continua que proporciona al extraer el calor de los equipos de procesos sensibles a la temperatura. Al mismo tiempo, una enfriadora de agua permite reducir el consumo de agua y los costes asociados, ya que recircula y reutiliza el propio suministro de agua de la planta. El coste del agua de refrigeración puede aumentar rápidamente, sobre todo si los equipos de proceso funcionan durante varios turnos al día. Cuando se introduce una enfriadora de agua en el sistema, es posible evitar los costes, la necesidad de un suministro de agua municipal supervisado y el vertido de aguas residuales, y contribuir a un ahorro considerable en los presupuestos de producción. Además, los últimos avances tecnológicos de las enfriadoras de agua permiten amortizar la inversión de capital en un periodo muy corto de la vida útil del equipo.

A la hora de especificar una instalación de enfriadoras de agua, es fundamental conocer bien los factores de rendimiento de las mismas para obtener el producto adecuado. Para ello, es necesario determinar el tipo de fluido de proceso que se va a utilizar, la temperatura de refrigeración del proceso, los requisitos de caudal y presión, las condiciones de funcionamiento, la temperatura ambiente, el tamaño necesario de la enfriadora de agua y las limitaciones de espacio de la ubicación.

Los principales factores que se deben tener en cuenta a la hora de elegir los fluidos refrigerantes adecuados para un proceso son las características del rendimiento y la compatibilidad de los equipos. El rendimiento de un fluido refrigerante se basa en sus propiedades a una temperatura determinada. Los parámetros relevantes son el calor específico, la viscosidad y los puntos de congelación/ebullición, y existe una relación directa entre el calor específico y la capacidad de refrigeración. Para mantener la integridad del sistema y prolongar el rendimiento óptimo, se recomienda mezclar un porcentaje de etilenglicol o propilenglicol con agua (normalmente en el intervalo del 10 al 50 %) cuando se requiere un punto de ajuste de temperatura alta o baja. En cuanto a la compatibilidad, la posibilidad de corrosión y la degradación temprana de las juntas son modos de fallo habituales en los sistemas que no tienen el tamaño adecuado. Por ello, los materiales de construcción y la naturaleza de los fluidos son factores que deben tenerse en cuenta, y también se recomienda incluir un inhibidor de la corrosión en el fluido refrigerante. Sin embargo, los últimos avances tecnológicos de las enfriadoras de agua incluyen el depósito de almacenamiento y las piezas hidráulicas de las bombas centrífugas fabricados con acero inoxidable para evitar la contaminación del agua de proceso con partículas de óxido, además de proporcionar mayores niveles de fiabilidad y un control de la temperatura. Del mismo modo, los condensadores de microcanal de última generación fabricados totalmente en aluminio están diseñados para ofrecer una larga vida útil sin corrosión y requieren un 30 % menos de carga de refrigerante en comparación con otros tipos de intercambiadores de calor.

El punto de ajuste de la temperatura afectará a la capacidad de refrigeración de una enfriadora de agua. La reducción de la temperatura supondrá una mayor carga para el sistema de refrigeración, y al contrario en el caso de su aumento. Existe una relación directa entre la temperatura a la que se ha ajustado la enfriadora de agua y su capacidad de refrigeración total. Por lo tanto, es importante comprobar los datos de rendimiento publicados de la enfriadora de agua para determinar si son relevantes para la instalación propuesta. Al mismo tiempo, si la enfriadora de agua se destina a una instalación exterior, es igualmente importante establecer el nivel de protección contra la congelación necesario, es decir, la temperatura más fría del fluido de salida de la enfriadora de agua durante su funcionamiento.

Aunque la vida útil de la bomba es un factor principal a la hora de configurar un sistema de refrigeración industrial, la pérdida de presión en el sistema y el caudal necesario deben determinarse en primer lugar en función del tamaño y el rendimiento de la bomba.
Presión: una bomba que no tenga el tamaño adecuado reducirá el caudal del fluido a lo largo de todo el circuito de refrigeración. Si la enfriadora de agua está equipada con un sistema de descarga de presión interno, el caudal se desviará a lo largo del proceso y regresará a la enfriadora. Si no dispone de un sistema de descarga de presión interno, la bomba intentará proporcionar la presión necesaria y funcionará a una presión que se denomina presión límite. Cuando se produce esta situación, la vida útil de la bomba puede reducirse drásticamente, el fluido deja de circular y el fluido de la bomba se calienta, llegando a vaporizarse e interrumpiendo la capacidad de refrigeración de la bomba. Esto provoca un desgaste excesivo de los rodamientos, las juntas y los rodetes.Para determinar la pérdida de presión en un sistema es necesario colocar manómetros en la entrada y salida del proceso y, a continuación, aplicar presión a la bomba para obtener los valores con el caudal deseado.
Caudal: un caudal inadecuado a lo largo del proceso producirá una transferencia de calor inadecuada, por lo que el caudal no extraerá el calor necesario para el funcionamiento seguro del proceso. Cuando la temperatura del fluido aumenta más allá del punto de ajuste, las temperaturas de la superficie y de los componentes también seguirán aumentando hasta que se alcance una temperatura estable superior al punto de ajuste inicial.La mayoría de los sistemas de refrigeración detallan los requisitos de presión y caudal. Al especificar la eliminación de la carga térmica necesaria como parte del diseño, es importante tener en cuenta todas las mangueras, accesorios, conexiones y cambios de elevación que forman parte del sistema. Estos elementos auxiliares pueden aumentar considerablemente los requisitos de presión si no tienen el tamaño adecuado.

Temperatura ambiente. La capacidad de una enfriadora de agua refrigerada por aire para disipar el calor se ve afectada por la temperatura ambiente. Esto se debe a que el sistema de refrigeración utiliza el gradiente de temperatura del aire ambiente/refrigerante para inducir la transferencia de calor para el proceso de condensación. Un aumento de la temperatura del aire ambiente disminuye el diferencial de temperatura (ΔT) y, en consecuencia, reduce la transferencia de calor total. Si la enfriadora utiliza un condensador refrigerado por fluido, las temperaturas ambiente elevadas pueden seguir teniendo efectos negativos en componentes clave como el compresor, la bomba y el sistema electrónico. Estos componentes generan calor durante el funcionamiento y las temperaturas elevadas acortan su vida útil. A modo orientativo, la temperatura ambiente típica máxima para las enfriadoras de agua no aptas para el exterior es de 40 °C.
Limitaciones de espacio: para mantener la temperatura del aire ambiente adecuada, es importante proporcionar un espacio de circulación del aire adecuado en torno a la enfriadora. Sin un flujo de aire adecuado, la recirculación de un volumen inadecuado de aire la calienta rápidamente. Esto afecta al rendimiento de la enfriadora y puede dañar la unidad.

Elegir una enfriadora de agua del tamaño correcto es una decisión fundamental. Una enfriadora que sea demasiado pequeña siempre supondrá un problema, ya que nunca podrá enfriar correctamente el equipo de proceso y la temperatura del agua de proceso no será estable. Por el contrario, una enfriadora sobredimensionada nunca podrá funcionar a su nivel más eficiente y resultará más costosa de utilizar. Para determinar el tamaño correcto de la unidad para la aplicación, es necesario conocer el caudal y la energía térmica que el equipo de proceso está añadiendo al medio de refrigeración, es decir, el cambio de temperatura entre el agua de entrada y de salida, expresado como ∆T. La fórmula para el cálculo es la siguiente: energía térmica por segundo (o más conocida comúnmente como potencia) = caudal másico × capacidad térmica específica × cambio de temperatura (∆T). La capacidad térmica específica del agua se expresa de forma nominal como 4,2 kJ/kg·K, pero si contiene un porcentaje de aditivos de glicol, ese valor aumenta a 4,8 kJ/kg·K. Nota: 1 K = 1 °C y la densidad del agua es 1, es decir, 1 l de volumen de agua = 1 kg de masa de agua. A continuación, se muestra un ejemplo de aplicación de la fórmula para determinar el tamaño correcto de la enfriadora en kW para manejar un caudal de agua de 2,36 l/s (8,5 m³/h) con un cambio de temperatura de 5 °C: energía térmica por segundo (kJ/s o kW) = 2,36 l/s (caudal) x 5 °C (∆T) x 4,2 kJ/kg·K (capacidad térmica específica del agua pura), tamaño de enfriadora de agua necesario = 49,6 kW. Otra posibilidad es que ya se conozca la carga térmica que se va a enfriar, en cuyo caso se puede reordenar la fórmula para determinar la diferencia de temperatura (∆T) que se puede alcanzar con distintos caudales (alcanzables con distintos tamaños de bomba). Además, puede haber otras circunstancias que influyan en la elección del tamaño. La planificación de una futura ampliación de la planta, la exposición a temperaturas ambiente elevadas o la ubicación a gran altitud podrían llevar a elegir un tamaño de unidad diferente.

La facilidad de mantenimiento, la seguridad operativa y el control y la conectividad inteligentes son características destacadas de los diseños de las gamas de enfriadoras de agua industriales avanzadas y de última generación. Por ejemplo, cuentan con cubiertas insonorizadas con clasificación IP54 que permiten que las enfriadoras funcionen en el interior o el exterior, incluso a temperaturas ambiente de hasta -45 °C. Estas enfriadoras se han diseñado específicamente para facilitar el acceso a los componentes instalados: los sistemas de refrigeración están instalados en la parte delantera y el conjunto de circulación del agua de refrigeración está instalado en la parte trasera. Las amplias puertas de la carrocería y el diseño inteligente reducen el tiempo de mantenimiento y permiten una inspección sencilla para evitar las averías. Los nuevos e innovadores modelos del mercado incluyen una amplia gama de dispositivos de seguridad, como interruptores de flujo y nivel, sondas térmicas y de presión, calentadores del cárter o tamices, que le permiten utilizar la enfriadora con seguridad. Además, el sistema de refrigeración totalmente sellado evita las fugas del gas refrigerante y no requiere mantenimiento. La normativa sobre gases fluorados de España exige una inspección anual, y en el caso de los sistemas de refrigeración de mayor tamaño, se lleva a cabo una inspección bianual por parte de un ingeniero certificado por dicha normativa. Por otro lado, contar con un relé de secuencia de fases garantiza que no se produzcan daños en el compresor en caso de que el cableado sea incorrecto. Estos nuevos diseños cuentan con un controlador de pantalla táctil que funciona con algoritmos eficientes energéticamente, combina todos los sensores de la enfriadora en un solo sistema y avisa de forma puntual en caso de desviación de los parámetros de funcionamiento. De esta forma, se consigue una conectividad completa con la función de monitorización remota inteligente integrada en enfriadoras de agua de 11 kW y de mayor potencia. Esto proporciona los datos de la máquina del usuario en tiempo real y en un formato claro para garantizar una eficiencia óptima.